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Primavera 2012 - I limiti di penetrazione delle rinnovabili e gli effetti su Saldo Estero e Consumi per Pompaggi

I dati sul bilancio energetico del sistema elettrico relativi alla primavera 2012 (aprile, maggio, giugno) così come rilasciati da Terna nei suoi rapporti mensili presentano una serie di valori abbastanza anomali per quanto riguarda il saldo estero e il consumo per pompaggi.

Rapporti mensili Terna primavera 2012

Nel caso dei pompaggi l'anomalia è rappresentata dalla presenza per tre mesi di fila (che poi sarebbero cinque con marzo e febbraio) di variazioni positive rispetto all'anno precedente quando è dal 2003 che questa pratica risulta invece in un continuo lento regresso. Il progressivo abbandono dei pompaggi, come mostrato nel grafico dei prezzi orari del mercato elettrico, deriva dal venir meno di un adeguato differenziale tra prezzi minimi e di picco (livellamento dei prezzi) causato da modifiche e ammodernamenti all'apparato produttivo.

Nel caso del saldo estero al contrario l'anomalia deriva dalla presenza per tre mesi consecutivi di variazioni negative rispetto all'anno precedente quando invece il contesto lascerebbe supporre un incremento o al limite una tenuta.
Infatti già nel grafico sul consumo interno lordo di energia era stato fatto notare come il saldo estero avesse negli ultimi anni svolto una funzione di compensazione della variabilità di produzione dell'idroelettrico e allo stesso tempo tendesse a rosicchiare spazio al termoelettrico in periodi di scarsa domanda di energia in virtù di una maggiore competitività sul mercato (vedi i prezzi sul mercato tedesco). Attualmente la produzione idroelettrica è in forte calo e pure la domanda di energia lo è, quindi ci si attenderebbe un saldo estero in espansione, invece accade il contrario.

Tale strana situazione può essere spiegata con la presenza di un elemento nuovo, assente o non rilevante fino a poco tempo fa: l'energia prodotta dalle “nuove” rinnovabili (eolico, fotovoltaico e bioenergie).

Fino ad ora l'incremento di produzione delle rinnovabili se non era assorbito da un incremento dei consumi veniva sempre compensato completamente da un calo del termoelettrico che è la fonte più interconnessa alla rete, tecnicamente più facile da modulare e che, nel complesso, ha costi marginali elevati e quindi una priorità sul mercato bassa (ordine di merito).
A quanto pare, invece, ora sembra che anche attraverso il saldo estero (-importazioni, +esportazioni) e l'energia impiegata negli impianti a pompaggio si possa compensare una parte della produzione rinnovabile.
C'è da chiedersi per quale motivo, visto che le ragioni tecnico-economiche citate in precedenza sono sempre valide.

Una prima risposta a questo quesito la da direttamente Terna nel suo “Piano di sviluppo rete 2012” (pag.41):

«(...) la minore presenza di unità di produzione regolanti (es. termoelettriche), escluse dal mercato dalla presenza della generazione rinnovabile con priorità di dispacciamento, può portare a non avere disponibile il numero minimo di impianti necessari per la fornitura di tutti i servizi di rete indispensabili ad una gestione in sicurezza del SEN [Sistema Elettrico Nazionale, n.d.lp.].
(...)
Infatti la produzione termoelettrica minima in grado di fornire i servizi di regolazione necessari sul sistema si somma alla elevata produzione rinnovabile determinando un surplus di generazione nazionale che non è possibile bilanciare rispetto al fabbisogno in potenza se non modulando l’importazione.»

Infatti in qualsiasi sistema elettrico le fonti caratterizzate da programmabilità (in particolare gli impianti termoelettrici) svolgono una indispensabile funzione di regolazione e bilanciamento, ovvero, grazie alla capacità di fornire (o cessare di fornire) energia su richiesta in tempi più o meno rapidi, offrono una copertura (o riserva) per poter gestire in sicurezza i piccoli e grandi scostamenti tra produzione e consumo previsti e quelli reali.
Le nuove energie rinnovabili non sono mai programmabili (escludendo forse una parte delle bioenergie) quindi non sono in grado di fornire quel tipo di servizio.

In pratica Terna dice che se finora il sistema è riuscito a compensare l'incremento della produzione rinnovabile con un calo del termoelettrico, adesso iniziano a verificarsi situazioni in cui non è più possibile perché a livello complessivo nazionale si è raggiunta una soglia minima sotto la quale il termoelettrico non può andare a meno di mettere a rischio l'affidabilità del sistema elettrico.
Il carattere di intermittenza che contraddistingue queste nuove fonti richiede inoltre che vi sia una maggiore presenza di centrali programmabili che funzionino a carico parziale in modo da fornire una copertura "veloce" alle possibili variazioni di produzione. Questo limita ancor di più lo spazio che è possibile "erodere" al termoelettrico.
Per poter dare l'adeguato spazio alle rinnovabili è quindi necessario ridurre l'apporto delle importazioni in modo da mantenere al termoelettrico una quota minima di sicurezza.

Va precisato che per ora questa situazione si presenta pochi giorni all'anno, ovvero quando si ha un'alta produzione rinnovabile associata a bassi consumi. D'altra parte le variazioni registrate nei rapporti dei tre mesi suddetti sono ancora poco importanti.Criticità agosto 2011 per produzione fotovoltaica
Il periodo critico più lungo e significativo si verifica in agosto quando i consumi calano a causa delle ferie e il fotovoltaico è ancora prossimo alla sua massima produttività annuale.
Terna, a tal proposito, riporta (sempre pag.41) che già per alcuni giorni di agosto 2011 era stato necessario ridurre in modo consistente le importazioni nelle ore di massima produzione rinnovabile intermittente per mantenere un'adeguata quota di termoelettrico. Alcuni casi hanno addirittura evidenziato la probabile necessità di ricorrere ad una modulazione delle fonti rinnovabili (anche il fotovoltaico) quando la compensazione delle importazioni non è sufficiente.
Infatti per agosto 2012 Terna ha predisposto una “Procedura per la Riduzione della Generazione Distribuita in condizioni di emergenza del Sistema Elettrico Nazionale (RIGEDI)” per far fronte proprio a questa necessità.

Verrebbe da chiedersi perché questo eccesso di produzione rinnovabile non venga convogliato sugli impianti idroelettrici a pompaggio (che svolgerebbero anche una funzione di regolazione) invece che sprecarlo con la modulazione.

Come abbiamo visto quello dell'incremento dei consumi per pompaggi era proprio uno dei due valori anomali riscontrati nei rapporti mensili Terna. Sembra quindi che, sempre in misura molto ridotta, per ora, le cose stiano effettivamente andando in questa direzione.
Rispetto al dato sulle importazioni, però, la variazione sui pompaggi è meno affidabile perché è possibile che in realtà sia un tentativo di compensare il forte calo della produzione idroelettrica naturale che si sta verificando nel 2012 a prescindere dalla presenza o meno di una sovrapproduzione da rinnovabili.

A parte questo, l'uso di questo tipo di impianti non è detto che sia semplice come sembra.
Oltre al problema della quota termoelettrica minima di regolazione di cui si è detto in precedenza ce n'è un altro contingente relativo alla “congestione da rinnovabili” delle linee elettriche (vedi pag.71).
In pratica l'incremento della produzione rinnovabile intermittente tende a saturare la capacità di trasmissione su porzioni della rete, sia primaria (altissima tensione) e, soprattutto, secondaria (alta tensione).
Nel primo caso si vengono a creare congestioni a livello delle zone di mercato in cui è suddivisa l'Italia con la creazione di un effetto di “isolamento” che impedisce lo scambio di energia tra una zona e l'altra. Attualmente i problemi maggiori interessano gli scambi tra le zone di Sicilia e Continente e tra le zone Sud e Centro-Sud.
Nel secondo caso sono direttamente alcune sezioni di rete a cui sono collegati gli impianti a fonte rinnovabile che rimangono congestionati e non consentono il trasferimento di tutta l'energia prodotta che deve quindi necessariamente essere modulata. Attualmente le criticità riguardano alcune sezioni di linee a 150 kV in Puglia e Campania a cui sono collegati i numerosi impianti eolici della zona e il cui distacco forzato rappresenta la quasi totalità della mancata produzione eolica in Italia (il 5,6% del totale nel 2010).

Tutte queste congestioni limitano la possibilità di trasferire liberamente energia lungo la penisola, e visto che la gran parte degli impianti a pompaggio si trova al nord mentre i problemi più gravi di sovrapproduzione si manifestano verso sud (dove all'energia fotovoltaica si sovrappone l'eolica), è evidente che attualmente esistono grossi limiti all'uso di questa soluzione.

In conclusione, il fatto che dopo aver eroso quote significative di produzione termoelettrica oggi, probabilmente, le rinnovabili non programmabili riescano ad erodere quote anche al saldo estero può essere considerato un fatto positivo, sia per l'ambiente, sia per il rafforzamento della produzione nazionale interna.
Allo stesso tempo, però, segna anche il passaggio ad una fase più “matura” in cui le nuove rinnovabili sperimentano per la prima volta un limite tecnico alla loro espansione per i problemi che apportano al sistema elettrico a livello di bilancio complessivo nazionale e non di singole congestioni locali.
Come detto, per ora si tratta di un fenomeno marginale che però tenderà progressivamente ad aggravarsi man mano che proseguiranno le installazioni di nuova potenza rinnovabile non programmabile. La necessità di modulare la produzione rinnovabile entro certi limiti può considerarsi accettabile. La citata mancata produzione eolica del 5,6% nel 2010 (che era del 10,7% nel 2009) va considerata una perdita già troppo elevata ma non è stato comunque un disastro tale da bloccare il progetto.

L'obiettivo di Terna è ovviamente quello di predisporre degli interventi che minimizzino tali perdite (pag.71).
Il primo campo di intervento è quello del miglioramento della capacità di trasmissione delle reti di alta e altissima tensione in modo da ridurre fenomeni di congestione in particolare nelle zone del sud di cui si è parlato in precedenza. Questo tipo di interventi di per sé non risolvono il problema della riserva minima di regolazione ma hanno lo scopo di rendere più “fluido” il sistema e consentire di massimizzare l'utilità di ogni impianto collegato alla rete.
Il secondo campo di intervento è quello di predisporre le necessarie riserve di regolazione e bilanciamento attraverso l'utilizzo di sistemi di accumulo dell'energia. La prima tecnologia già utilizzata e collaudata è quella degli impianti idroelettrici a pompaggio che sono disponibili già in buona quantità in Italia (quasi 8000 MW per un massimo storico di energia annuale assorbita di circa 10000 GWh) ma che come detto sono posizionati in gran parte al nord dove oggi sono meno utili. L'obiettivo è quindi quello di realizzare qualche impianto nella zona di mercato del Sud dove sono totalmente assenti.
L'altra tecnologia è quella dei sistemi diffusi di accumulo a batterie che ancora non è utilizzata in Italia ma sulla quale Terna sembra puntare in modo molto deciso. Le valutazioni effettuate prevedono la necessità di installare almeno 240 MW di batterie posizionate in prossimità delle reti di alta tensione congestionate del sud che consentirebbero di recuperare gran parte dell'energia persa attualmente a causa delle congestioni locali e relativi distacchi forzati e allo stesso tempo fornirebbero una riserva di regolazione all'intero sistema.

Questi interventi programmati dovrebbero consentire di gestire senza particolari problemi tutta la nuova produzione rinnovabile non programmabile in base ad uno scenario di medio periodo che vede una potenza installata di circa 25 GW di fotovoltaico e 11 GW di eolico.


31/08/2014 - Aggiornati link e impaginazione